(57)【要約】【課題】発泡樹脂溶解ゲルの新規なケミカルリサイクル方法を提供する。【解決手段】石炭にコールタールを添加してコークス炉に装入してコークスを製造する際、発泡ポリスチレンを溶剤に溶かして得られる溶解ゲルをコールタールに混合して用いることで、廃発泡ポリスチレンのケミカルリサイクルを行う。溶解ゲルは、２００℃以下の温度、例えば常温で、溶解ゲルをコールタール１００質量部に対して例えば５質量部以下の比率で混合して用いる。廃発泡ポリスチレンは、石炭の乾留の際に、コークスおよびコークス炉ガスとして回収される。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
重質油を配合した石炭をコークス炉に装入してコークスを製造する方法において、
発泡樹脂を溶剤に溶かして得られる溶解ゲルを該重質油に混合して用いることを特徴とするコークス炉による発泡樹脂溶解ゲルの処理方法。
【請求項２】
前記溶解ゲルを前記重質油に２００℃以下の温度で混合して用いることを特徴とする請求項１記載のコークス炉による発泡樹脂溶解ゲルの処理方法。
【請求項３】
前記溶解ゲルを前記重質油１００質量部に対して１０質量部以下の比率で混合して用いることを特徴とする請求項１または２記載のコークス炉による発泡樹脂溶解ゲルの処理方法。
【請求項４】
コークス炉に装入する石炭に重質油を添加することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のコークス炉による発泡樹脂溶解ゲルの処理方法。
【請求項５】
前記重質油がコールタールであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のコークス炉による発泡樹脂溶解ゲルの処理方法。
【請求項６】
前記混合するときの温度が、流動性を確保する限度で加熱された、あるいは非加熱で流動性を有する状態の前記コールタールの顕熱と、常温乃至溶剤に溶かした直後の温度である前記溶解ゲルの顕熱でほぼ定まる温度であることを特徴とする請求項５記載のコークス炉による発泡樹脂溶解ゲルの処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用済の発泡樹脂のリサイクル方法に関し、より詳細には、体積を減らして取り扱いを容易にするために発泡樹脂を溶剤に溶解して得られる発泡樹脂溶解ゲルの新規なケミカルリサイクル方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
大量に発生する廃プラスチックの有効利用が積極的に進められており、特に、家電リサイクル法や容器包装リサイクル法に基づくリサイクルが拡大傾向にある。
廃プラスチックのリサイクル手法は多様なシステムがあり、再生利用による材料リサイクル、油化、ガス化、高炉原料化、コークス炉化学原料化等のケミカルリサイクル、セメント原燃料化、RDF、廃棄物発電等のサーマルリサイクル等を挙げることができる。
【０００３】
上記のうち、コークス炉化学原料化の技術は、廃プラスチックを石炭（原料炭）とともにコークス炉に装入してコークス原料化するとともに、さらに副生品であるコークス炉ガスとして回収するものである。
【０００４】
このコークス原料化技術は、種々のものが提案されており、枚挙にいとまがない。
廃プラスチックは、そのままコークス炉に入れると廃プラスチック中の軽質分に由来するガスが大量に発生して、製造するコークスの品質の低下につながる。
このため、廃プラスチックを細かく砕いたものを例えば円柱状に圧縮成形する等して石炭と同程度のサイズにして石炭とともにコークス炉に装入する方法が採用されている。
【０００５】
また、上記の方法に関して、コークスの品質を向上させることを目的として、廃プラスチックを重質油と混合して２００〜５００℃の温度で加熱、重合処理を行い、これを石炭の粘結助剤として石炭に添加してコークス炉に装入する方法が提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−５３９７０公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の廃プラスチックをコークス原料化する技術は、いずれも、廃プラスチックのうち材料比重の大きな成形品等を圧縮処理し、または適当なサイズに破砕し、あるいはまた体積を減少した（以下、減容化という。）ものを廃プラスチック集積・処理場からコークス炉に搬送して用いるものである。そして、上記のように、コークス炉で処理を行うときに、製造するコークスの品質に影響を及ぼすおそれがあり、または格別に粉砕、圧縮成形処理を必要とし、あるいはまた重質油と混合する際に加熱、重合処理を必要とする。
【０００７】
ところで、プラスチックのなかで、発泡ポリスチレン(発泡スチロール)等の発泡樹脂製品は軽量でありながら剛性を備えているためトレイや梱包充填材（梱包用クッション）などに広く用いられている。そして、その廃棄物については、搬送コストを下げるために、溶剤に溶解して減容化した溶解ゲルの形態にして例えば材料リサイクルすることが行われている。
【０００８】
しかしながら、上記の溶解ゲルを材料リサイクルするとき、溶解ゲル中に不純物の混入が多いことから、再生品の品質に問題がある。
一方、ケミカルリサイクルとして溶解ゲルをコークス原料化する技術については、知られていない。
【０００９】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、発泡樹脂溶解ゲルの新規なケミカルリサイクル方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明に係るコークス炉による発泡樹脂溶解ゲルの処理方法は、重質油を配合した石炭をコークス炉に装入してコークスを製造する方法において、
発泡樹脂を溶剤に溶かして得られる溶解ゲルを該重質油に混合して用いることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係るコークス炉による発泡樹脂溶解ゲルの処理方法は、前記溶解ゲルを前記重質油に２００℃以下の温度で混合して用いることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係るコークス炉による発泡樹脂溶解ゲルの処理方法は、前記溶解ゲルを前記重質油１００質量部に対して１０質量部以下の比率で混合して用いることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係るコークス炉による発泡樹脂溶解ゲルの処理方法は、コークス炉に装入する石炭に重質油を添加することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係るコークス炉による発泡樹脂溶解ゲルの処理方法は、前記重質油がコールタールであることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係るコークス炉による発泡樹脂溶解ゲルの処理方法は、前記混合するときの温度が、流動性を確保する限度で加熱された、あるいは非加熱で流動性を有する状態の前記コールタールの顕熱と、常温乃至溶剤に溶かした直後の温度である前記溶解ゲルの顕熱でほぼ定まる温度であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係るコークス炉による発泡樹脂溶解ゲルの処理方法は、発泡樹脂を溶剤に溶かして得られる溶解ゲルを重質油に配合、混合してコークス炉で処理するものであり、発泡樹脂溶解ゲルの新規のリサイクル方法を提供することができる。
また、混合するときの温度が、使用するコールタールの顕熱と溶解ゲルの顕熱でほぼ定まる温度であると、例えば熱重合処理装置等を用いて格別に高温で加熱処理する必要がないため、簡易な混合プロセスで処理することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明に係るコークス炉による発泡樹脂溶解ゲルの処理方法の好適な実施の形態について、以下に説明する。
【００１８】
本発明に係るコークス炉による発泡樹脂溶解ゲルの処理方法は、重質油を配合した石炭をコークス炉に装入してコークスを製造する技術に適用するものである。
【００１９】
従来から、粘結材としての重質油を配合した石炭をコークス炉に装入してコークスを製造する技術が広く知られている。
石炭に重質油を配合する方法には、石炭をコークス炉に装入する際に、石炭に重質油を散布等して添加する方法や、粒径の小さい石炭を成形したいわゆる成形炭などと呼ばれる石炭をコークス炉に装入する場合において、成形する際に重質油をバインダーとして粒径の小さい石炭に混合する方法等がある。
【００２０】
本発明においても、石炭に重質油を配合する方法は特に限定するものではなくこれら従来のいずれの方法も適用できる。
ただし、後者のバインダーとして重質油を用いる方法の場合、重質油の重質度が高いときは、発泡樹脂溶解ゲルの重質油への溶解度が大幅に小さくなるおそれがあるが、配合比率を調整することで対応可能である。また、発泡樹脂溶解ゲルの未溶解分があっても重質油のバインダーとしての機能には大きな支障はない。また、バインダーとしての性能を高めるために重質油を加熱、重合処理するときには、未溶解分も溶解する。
なお、上記の点に配慮し、また、簡易なプロセスで発泡樹脂溶解ゲル（以下、単に溶解ゲルという。）をリサイクルする観点からは、前者の石炭に重質油を散布等して添加する方法がより好適である。この点についてはさらに後述する。
【００２１】
本発明では、石炭に配合する重質油に、発泡樹脂を溶剤に溶かして得られる溶解ゲルを混合して用いることで、発泡樹脂のケミカルリサイクルを図る。
【００２２】
ここで、重質油は、通常石炭に配合して用いられるものであれば、特に制限はなく、コールタール、コールタールピッチあるいは石油系重質油等を用いることができる。ただし、上記の石炭に重質油を散布等して添加する方法に用いる場合は、重質油に残存する溶解ゲルの未溶解分が重質油の取り扱いに支障を来たすおそれを避け、また格別な加熱溶解設備を設けることを避ける観点からは、コールタールを用いることが好ましい。
【００２３】
溶解ゲルは、発泡樹脂を溶剤に溶けうる限度で溶かしこんだものであり、余剰の溶剤を取り除いたとき、例えば餅状のゲルとして得られる。後述するように、本発明者らが発泡ポリスチレンの溶解ゲルについて調べたところでは、溶解ゲルは、例えば、発泡樹脂に発泡樹脂と同程度の質量の溶剤が含まれたものである。ただし、これに限らず通常取り扱われる溶解ゲルであれば本発明において使用するうえで制限はない。なお、本発明の溶解ゲルには、上記余剰の溶剤を含むものや、溶解ゲルの空隙に含まれる溶剤が事後的に分離して２層化したものも包含するものとする。
【００２４】
ここで、溶解ゲルの廃プラスチック成分、言い換えれば、リサイクルする使用済の発泡樹脂は、特に限定するものではなく、発泡ポリスチレン、発泡フェノール樹脂、発泡ユリア樹脂、発泡ポリウレタン、発泡ＡＢＳ、発泡ポリエチレン、発泡ポリプロピレン、発泡エチレン酢酸ビニル共重合体、発泡エポキシ樹脂、発泡セルロースアセテート、発泡メタクリル樹脂、発泡ポリアミド等を用いることができる。また、発泡ラバーやＲＩＭ（反応射出成形物）等を用いることができる。なお、廃プラスチックとしての発生量が比較的に多いという意味において、発泡ポリスチレンを好適に用いることができる。
【００２５】
溶解ゲルを得るために使用する溶剤は、廃プラスチックの種類に応じて選択され、例えば、発泡ポリスチレンの場合は、柑橘類の果実から抽出される液体であるリモネンが安全面や衛生面において優れることから広く用いられている。
【００２６】
溶解ゲルを重質油に混合するときの温度は、上記した重質油の使用態様に応じて適宜設定することができる。ただし、２００℃以下の温度で混合すると、格別な熱重合装置等が不要であり、簡易な混合装置を使用できて、好適である。なお、温度の下限は、使用する重質油が流動性を有する限度で低い温度とすることができ、例えば、重質油としてコールタールを使用するときは常温でもよい。
特に、重質油としてコールタールを用いる場合は、例えば、圧力をかけて効率的に送液、散布する装置を用いるとき等において必要な流動性を確保する限度で、重合化を生じない程度の温度に加熱されたコールタールあるいは非加熱で流動性を有する状態で簡易に散布するときのコールタールの顕熱と、常温あるいは高くても溶剤に溶かした直後の温度で用いるとしたときの溶解ゲルの顕熱でほぼ定まる温度で、溶解ゲルをコールタールに良好に混合し、溶解することができて、好適である。
【００２７】
溶解ゲルの重質油への混合比率は、溶解ゲルの種類および重質油の種類の組み合わせに応じて、また、上記した重質油の使用態様に応じて適宜設定することができる。ただし、不溶解分の発生を確実に避け、また、重質油や製造するコークス等の品質へ影響を確実に避ける観点からは、重質油１００質量部に対して１０質量部以下、より好ましくは５質量部以下の混合比率とすることが好ましい。特に、格別な高温加熱装置を不要とする観点からは、この比率で重質油としてのコールタールに配合することがより好ましい。
【００２８】
（試験１）
ここで、溶解ゲルとして発泡ポリスチレン溶解ゲルを用い、この発泡ポリスチレン溶解ゲルを重質油としてのコールタールに混合、溶解したものを、石炭（原料炭）に添加して缶焼き試験で評価した結果について、以下に説明する。
【００２９】
実験に使用した溶解ゲルの原料である発泡ポリスチレンは、板状梱包用クッションに用いられたものである。溶解ゲルは、この発泡ポリスチレンを再生用溶媒（商品名：Ｇ−ＱＵＩＣＫ）に溶けうる限界まで溶解したものである。溶解ゲルは、後述する熱重量分析結果からみて、発泡ポリスチレンと再生用溶媒が同程度の質量含まれているものと考えられる。
【００３０】
上記の溶解ゲルとコールタールを常温で混合した。このとき、混合比率は、コールタール１００質量部に対して溶解ゲル５質量部および２０質量部の２水準とした。
【００３１】
混合物を２４時間静置した後の混合物を目視観察した結果、上記２水準のいずれの混合物についてもスラッジの発生はみられなかった。
【００３２】
また、これとは別に、溶解ゲルとコールタールの混合比率を変えたときの、混合物の粘度および引火点の変化を図１にまとめて示す。なお、粘度はＢ型粘度計（芝浦システム社製:ＶＳ／Ａ１）を用いて測定した２５℃における値であり、引火点はクリーブラント開放式引火点測定装置（吉田科学機械社製：Ｅ型）を用いて測定した値である
図１より、混合物は、溶解ゲルの比率が大きくなるにつれて、粘度が大きくなり、引火点が低下する傾向がある。混合比が０．０５以下（コールタール１００質量部に対して溶解ゲル５質量部以下）の範囲では、粘度が８００ｃＰ以下程度、引火点が１００℃以上程度となるため、使用上の支障は少ないと考えられる。
【００３３】
一般に、プラスチック類を石炭に混合して乾留する場合、プラスチック類の熱重量減少傾向が石炭のコークス化過程での熱分解挙動に近いことが、良好なコークス化性の要件とされている。そして、コールタールは、石炭に混合する材料として好適なものとして広く実用化されているため、コールタールの熱重量減少傾向を基準として対照物の熱重量減少傾向を把握することでコークス化性への影響を判断することができる。
そこで、コールタール（Ｔａｒ１００）、コールタール１００質量部に対して溶解ゲル５質量部混合した混合物（ＰＳ１＋Ｔａｒ２０、試料１）およびコールタール１００質量部に対して溶解ゲル２０質量部混合した混合物（ＰＳ１＋Ｔａｒ５、試料２）の熱重量分析を行った結果を図２に示す。なお、図２には、参考として、発泡ポリスチレン（発泡ＰＳ）、再生用溶媒（溶剤）および溶解ゲル(溶解ＰＳ)の熱重量分析結果も合わせて示した。
図２より、２水準の混合物は、コールタールとほぼ同様の熱重量減少傾向を示すため、コークス化性への影響についてはコールタールと同視しうることが考えられる。なお、溶解ゲルについては、３００℃以下の低温の温度領域および４００℃以上の高温の温度領域における熱重量減少が顕著であるため、コークス化性への悪影響が考えられる。
【００３４】
つぎに、上記の試料１、２の２水準の混合物およびコールタールをそれぞれ石炭（コークス炉への装入炭品質に調製したもの）１００質量部に対して５質量部添加し、ギーセラープラストメータで流動性を測定した。結果を表１に示す。比較のために装入炭のみ（重質油無添加）の結果も合わせて示す。
【００３５】
【表１】
2005336371.tif 000002
【００３６】
表１より、軟化開始温度（ＳＰＴ）については、２水準の混合物は、コールタールと同様の傾向を示し、装入炭のみの場合よりも低下した。また、２水準の混合物およびコールタールは、いずれも、装入炭のみの場合よりも再固化温度（ＦＰＴ）の変化が小さいため、結果的に流動温度範囲（Ｒ）は装入炭のみの場合よりも拡大した。一般的に、流動温度範囲の拡大は、コークス形成のために好ましい傾向である。
【００３７】
最高流動度（ＭＦ）については、２水準の混合物は、コールタールに比べると若干低下するものの、装入炭のみの場合よりも上昇した。一般的に、最高流動度の上昇は、コークス品質の向上あるいは安価な劣質炭の使用量の増加につながる可能性が高いとされている。
【００３８】
上記のそれぞれの結果を詳細に比較し、総合的に判断すると、溶解ゲルのコールタールへの混合比の小さい試料１の混合物がコールタールとほぼ同様の特性を示すのに対して、溶解ゲルのコールタールへの混合比の大きい試料２の混合物は相対的にコールタールの特性からシフトしていることがわかる。
【００３９】
つぎに、上記流動性評価に用いたものと同じ４種類の試料について、缶焼き試験を行った。
得られた生成コークスは、２水準の混合物を装入炭に添加して得たものは、いずれも、装入炭のみおよびコールタールを添加して得たものに比べて、若干粒塊が小さくなる傾向がみられた。一方、２水準の混合物を装入炭に添加して得たものの間には粒塊の大きさに差異はみられなかった。
【００４０】
また、得られた生成コークスの気孔率等を調べた結果を表２に示す。
【００４１】
【表２】
2005336371.tif 000003
【００４２】
表２より、生成コークスの気孔率については、２水準の混合物を装入炭に添加して得たものは、いずれも、コールタールを添加して得たものと同様の傾向を示し、装入炭のみから得たものと比べて、小さくなった。
生成コークスのＪＩＳ反応性については、２水準の混合物を装入炭に添加して得たものは、いずれも、コールタールを添加して得たものおよび装入炭のみから得たものと比べて、小さくなった。
【００４３】
さらに、コークス組織を写真観察した。
溶解ゲルのコールタールへの混合比の小さい試料１の混合物を装入炭に添加して得たものがコールタールを装入炭に添加して得たものに比べて遜色のない光学的異方性組織の展開がみられるのに対して、溶解ゲルのコールタールへの混合比の大きい試料２の混合物を装入炭に添加して得たものは相対的に気孔の割合が増加し、コークス基質（壁）が若干薄くなるとともに、光学的異方性組織の単位も小さくなる傾向が観察された。
【００４４】
（試験２）
つぎに、上記試験１と同じ４種類の装入炭（試料１、２の混合物およびコールタールをそれぞれ装入炭に５質量部配合したものならびに装入炭のみのもの）を小型試験コークス炉でコークス化試験した結果について、以下に説明する。
【００４５】
乾留条件を表３に、得られた焼成コークスの粒度分布を表４に、それぞれ示す。
【００４６】
【表３】
2005336371.tif 000004
【００４７】
【表４】
2005336371.tif 000005
【００４８】
表４の焼成コークスの粒度分布は、焼成コークスを乾式消火した後、シャッター試験機で４回落下衝撃を与えて得られたコークスについて測定したものである。
２水準の混合物を装入炭に添加して得たものは、いずれも、コールタールを添加して得たものに比べて５０〜１００ｍｍの割合が若干減少する一方で＋１００ｍｍが出現した。
２水準の混合物を装入炭に添加して得たもの相互で比較すると、溶解ゲルのコールタールへの混合比の小さい試料１の混合物がコールタールを添加して得たものおよび装入炭のみから得たものと同程度の平均径であるのに比べて、溶解ゲルのコールタールへの混合比の大きい試料２の混合物は相対的に平均径が小さい。
【００４９】
コークス品質を表５に示す。
【００５０】
【表５】
2005336371.tif 000006
【００５１】
コークス物性については、２水準の混合物を装入炭に添加して得たものは、いずれも、コールタールを添加して得たものと同様の傾向を示し、装入炭のみから得たものに比べて見掛け比重が大きい。一方、真比重および気孔率については、いずれも、２水準の混合物を装入炭に添加して得たものは、ともに、コールタールを添加して得たものおよび装入炭のみから得たものに比べて低い。
【００５２】
ドラム強度（ＤＩ）については、２水準の混合物を装入炭に添加して得たものは、いずれも、コールタールを添加して得たものと同様の傾向を示し、装入炭のみから得たものに比べて大きい。
【００５３】
熱間反応試験については、２水準の混合物を装入炭に添加して得たものは、いずれも、コールタールを添加して得たものと同様の傾向を示し、装入炭のみから得たものに比べて低い熱間反応率（ＣＲＩ）および高い反応後強度（ＣＳＲ）を示す。ただし、それらの乖離の程度は、コールタールを添加して得たものに比べて小さい。
【００５４】
なお、本発明は、コークス製造プロセスにおける発泡樹脂溶解ゲルのケミカルリサイクルの方法として、石炭に配合する重質油に発泡樹脂溶解ゲルを混合して、発泡樹脂溶解ゲルをコークス化あるいはコークス炉ガス化して回収する技術を開示するものであるが、ケミカルリサイクルの方法としては、さらに以下の展開が考えられる。
例えば、コールタールを蒸留して得られるカーボンブラック原料油に発泡樹脂溶解ゲルを添加して、カーボンブラック化し、あるいは、コールタールを蒸留して得られる重質油を原料としてピッチコークスを製造する際に原料の重質油に発泡樹脂溶解ゲルを添加して、ピッチコークス化することが考えられる。
また、コールタールを蒸留する際にコールタールに発泡樹脂溶解ゲルを添加して、コールタール蒸留品として回収することも考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】溶解ゲルとコールタールの混合比を変えたときの粘度および引火点の変化を示す図である。
【図２】溶解ゲルとコールタールの混合物を含む各種添加物を装入炭に添加したときの装入炭の熱重量分析結果を示す図である。
【図１】
2005336371.tif 000007
【図２】
2005336371.tif 000008